Dynamical barrier and isotope effects in the simplest substitution reaction via Walden inversion mechanism

作者
Zhiqiang Zhao,Zhaojun Zhang,Shu Liu,Dong H. Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1): 14506-14506 被引量:26
标识
DOI:10.1038/ncomms14506
摘要

Abstract Reactions occurring at a carbon atom through the Walden inversion mechanism are one of the most important and useful classes of reactions in chemistry. Here we report an accurate theoretical study of the simplest reaction of that type: the H+CH4 substitution reaction and its isotope analogues. It is found that the reaction threshold versus collision energy is considerably higher than the barrier height. The reaction exhibits a strong normal secondary isotope effect on the cross-sections measured above the reaction threshold, and a small but reverse secondary kinetic isotope effect at room temperature. Detailed analysis reveals that the reaction proceeds along a path with a higher barrier height instead of the minimum-energy path because the umbrella angle of the non-reacting methyl group cannot change synchronously with the other reaction coordinates during the reaction due to insufficient energy transfer from the translational motion to the umbrella mode.

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